Ausfall der Natrium-Kalium-Pumpe

Jailbone · Anmeldungsdatum: 04.10.2009 Beiträge: 1

Hallo alle miteinander,

ich hab diese Abbildung gefunden und habe Probleme sie zu verstehen:

http://www.bioboard.de/files/bio_586.gif

Wieso wird das Membranenpotenzial 0? Wenn die Natrium-Kalium-Pumpe ausfällt, dann können die Na+ Ionen, die durch Leckströme in die Zelle diffundieren, nicht mehr nach außen transportiert werden. Im Gegenzug strömt dann K+ aus der Zelle und kann so den Na+ Einstrom kompensieren. So müssten sich doch nur die Konzentrationsverhältnisse ändern und nicht die Ladungsverhältnisse (da ja positive Teilchen (Na+) nach innen strömen, dafür aber genauso viele positive Teilchen (K+) nach außen).

Gruß
Jailbone

Druid · Anmeldungsdatum: 01.10.2009 Beiträge: 23 Wohnort: Berlin

Hallo Jailbone,

denk an das Ruhepotenzial. Hier kommt es auch nicht zu einem Konzentrationsausgleich von Na+ oder K+. Dem Konzentrationsgefälle beider Ionen-Typen wirkt zunehmend die elektromotorische Kraft entgegen. Gleiche Ladungen stoßen sich bekanntlich ab.
In Abbildung 2 ist nicht nur zu sehen, dass Na+ kontinuierlich in die Zelle strömt, sondern, dass es nicht mehr raustransportiert wird. K+ kann ungehindert durch die offenen K+ - Kanäle raus. Soweit hast Du das richtig erkannt. Das Ruhepotential liegt laut Abb. 3 hier bei ca. - 90 mV. Dieses Ruhepotenzial entspricht üblicherweise dem Gleichgewichtspotenzial von K+. Das bedeutet - bei geschlossenen Na+ - Kanälen und offenen K+ - Kanälen strömt bei einer Konzentrationsdifferenz von laut Abb. 2 ca. 100 mmol/l (von innen nach außen) massiv K+ aus der Zelle. Dadurch wird jeweils eine positive Ladung von der Innenseite der Membran nach außen befördert. Erst zwischen - 70 und -90 mV wird die Gegenkraft durch die gleichen Ladungen wirksam und es kommt nicht zum völligen Konzentartionsausgleich für K+.
Na+ - Einstrom bedeutet bekanntlich Depolarisation; und zwar bis ca. +30 bis +35 mV. Wir können also für N+ und K+ sagen, dass die Diffusion aufgrund der Konzentartionsunterschiede stärker ist als die Gegenkraft durch den Ladungsausgleich.
Erlaube ich jedoch beiden Ionen-Typen einen Konzentrationsausgleich, bricht das Membran-Potenzial zusammen! Denn gleich viele Na+ -Ionen innen wie außen UND gleich viele K+ - Ionen innen wie außen bedeutet nun mal auch einen völligen Ladungsausgleich.

γ-Aminobuttersäu · Anmeldungsdatum: 17.12.2018 Beiträge: 1

Also ich selbst war lange auf der Suche nach der Antwort zu diesem Widerspruch. Scheinbar geht niemand so genau darauf ein, warum sich das Membranpotential ändert, obwohl ich doch ungefähr die selbe Menge Kaliumionen gegen Natriumionen tausche. Die Antwort liegt in der Nernstgleichung. Wir haben nämlich KEINEN linearen Zusammenhang des Potentials mit dem Konzentrationsverhältnis Innen zu Außen.

Die vereinfachte Nernst-Gleichung lautet bei 20 °C bei einwertigen Ionen:

E=58 * log (Caußen/Cinnen)

Gehen wir von einem Tintenfischaxon aus:

__________Konzentration in mMol_______Nernstpotential
________Cinnen_______Caußen
K+______400___________20_____________-75
Na+_____50___________460_____________+56
_________________________________________
______________________________________-19

Nun geben wir mal 100 mMol Kaliumionen nach Außen und 100 mMol Natriumionen nach Innen:

_________Konzentration in mMol________Nernstpotential
________Cinnen_______Caußen
K+______300__________120______________-23
Na+_____150__________360______________+22
__________________________________________
________________________________________-1

Die Rechnung zeigt, dass die vorliegenden Konzentrationsverhältnisse wichtig sind. Es macht daher wohl einen Unterschied für das Membranpotential, wenn ich die gleiche Menge Natriumionen gegen Kaliumionen tausche, da die ursprünglichen Konzentrationsverhältnisse von Natrium Innen zu Außen und Kalium Innen zu Außen jeweils unterschiedliche Werte hatten. Geht das Konzentrationsverhältnis gegen 1 :1 erhalten wir natürlich ein Potential von 0.

Schaut man sich eine Funktion für die Nernst-Gleichung

E = 58 * log (x)

mit x = Caußen/Cinnen

an, stellt man fest, dass die Kurve nicht linear ist. Dazu habe ich mal eine graphische Darstellung auf Wolfram erstellt, falls man das nochmal visualisiert haben will (Bitte copy und pasten. Ich kriegs nicht hin, dass der gesamte Link als Hyperlink erkannt wird.)

https://www.wolframalpha.com/input/?i=58*log(x)